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1、毕业设计（论文）报告题 目 基于单片机的水位控制系统设计系 别 专 业 电气自动化技术 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 2012年 4 月基于单片机的水位系统设计摘要：本文提出了一种用单片机水位控制对水位进行精密控制的方法，通过运用AT89S52单片机、模数转换器、水位模拟采集器、数码管显示、12V的三端稳压电路等硬件系统和软件设计方法，采用模拟水位传感器对模拟水箱的容器进行水位测量，实现具有水位检测和控制水位的双重功能，并对所需的水位值进行显示。在本文中介绍了电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并运用了Proteus仿真软件来进行仿真。并在控制水位的过程中运用了自动反馈的
2、系统的控制。关键词：单片机；水位检测；仿真；反馈控制Microcontroller-based water level control system designAbstract：This article presents a microcontroller water level control on the water level of precision control method by using AT89S52 MCU, ADC, the water level analog capture, digital display, 12V three-terminal voltage
3、regulator circuit, such as hardware and software design methodsusing the analog level sensor on the simulation of tank containers for water level measurement, dual function water level detection and control of water level and water level values for display. Circuit interface schematics described in
4、this article, given the appropriate software design flow and assembler, and use the Proteus simulation software to simulate. Use and control the water level in the control of the automatic feedback system.Key Words: Microcontroller; water level detection; simulation; feedback control 目录前言1第一章 系统的总体方
5、案概括21.1使用单片机实现水位控制的优点21.2系统的总体研究方案21.3 本课程设计系统概述3第二章 系统各种控制器简介52.1 AT89S52单片机简介52.2 ADC0809集成芯片简介82.3 集成电路 74HC245简介102.4 集成电路 LM324简介102.5 89S52驱动4位共阳极数码管112.6关于水位控制过程中的负反馈系统的运用12第三章 系统硬件设计143.1 单片机最小系统电路设计143.2水位检测传感器的选用153.3 7812/7912正负12V稳压电源的设计153.4 液位检测部分电路控制173.5给水泵电机主控回路17第四章 软件设计部分194.1 核心单
6、片机AT89S52的具体主要控制部分原理图194.2 主程序框图的设计21结论22参考文献23致谢24附录25前言水位控制系统是以水位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行水位控制，使之高精度地保持在给定的数值，水位控制系统的稳定对机器的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。水位控制一般指对某一水位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。水位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势：1) 直观而集中
7、的显示各运行参数,能显示水位状态。2) 在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变水位的上限、下限。3) 具有控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单
8、片机控制就能克服这些缺点.而采用的AT89S52单片机构成水位控制装置，其具有精度高，易维护，简单操作，实用性好，且与容器的几何尺寸无关的优点，从而能使水箱在生产规定的运行中实现自动化控制，并且能最大可能的避免工伤事故发生的概率，同时也能节省资源并能有效的体改生产的效率。因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制水位是很好的选择。 第一章 系统的总体方案概括1.1使用单片机实现水位控制的优点使用单片机实现水位控制具有较高的实用价值和稳定性好等特点。采用单片机内部程序控制的模拟水位传感器测量水位，可有效保证水位的自动控制，能更好地对水位进行自动化控制,避免了工作人员在现场进行检测操控,方
9、便了人员对水位系统的控制,控制方便且系统稳定性能好；单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现给水系统的自动控制与调节，维持稳定系统，保证安全经济运行。本文就是采用AT89S52单片机为核心芯片的一种水位控制系统，具有较高的实用价值和优越性。本系统与PLC控制系统相比大大降低了使用成本,提高了控制运行速度。根据仿真模拟运行的结果表明,该系统能很好的运行,将水位控制在给定的范围内,对过高和过低进行安全报警,稳定性能好,容易操作和控制,保证了生产的正常进行。1.2系统的总体研究方案本设计是采用AT89S52单片机为核心
10、芯片,及其相关硬件来实现的水位控制系统,在用水位传感器测水位的同时, CPU循环检测传感器输出状态,并用四位数码管2481BS显示示水位高度,检测水位数据。并且在设计中主要有水位检测、上下限位控制、A/D转换、数码管显示部分和反馈系统等几部分组成来实现水位控制。我们采用单片机内部程序控制的模拟水位传感器测来探测模拟三个水位，即低水位，正常水位，高水位。当水位低于用户设定的值时送给单片机一个高电平，系统自动打开泵上水，红灯亮；当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵或打开排水泵。其中在本设计中所需要设定的技术参数和设计任务有：1、利用单片机AT89S52实现对模拟水箱进行水位的控制；2、把单片机内部
11、程序控制的模拟水位传感器模拟的水位值转化为电信号送给单片机，并通过A/D转换以实现对水位显示系统的控制和加水放水的控制；3、数模转换及数码管显示系统电路，采用数码管2481BS显示模拟水位值来表示不同的水位情况；4、水泵加水电路由继电器进行控制；5、分析工作原理，绘出系统结构原理图及流程图。1.3 本课程设计系统概述本系统由电源电路、模拟水位探测传感电路、稳压电路、单片机系统、蜂鸣器报警电路、继电器控制水泵加水电路、以及水箱模型组成。其主原理图如下：图1 水位系统组成的原理图当水位处于低水位的时候，传感器的低水位探测线没被+12V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送
12、入单片机的P1.0口，另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1口单片机经过分析，在P1.2口输出一低电平，驱动红灯亮，P1.5出来一个信号使继电器得电，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，在P1.3引脚出来一个低电平，使绿灯亮；当水位在高水位区时，传感器的两根探测线均被导通，均被+12V的电源导通，送入单片机单片机经过分析，在P1.4引脚出来一个低电平，使黄灯亮，在P1.5端出来一个低电平不能使继电器得电，这样继电器不能闭合，水泵不能加水；当三个灯同时闪烁表示系统出现故障。本设计研究的水箱控制系统是简单控制系统，是使用的最普遍的、结构最简单的一种过程控制系统。水
13、箱给水设备系统结构图如图2所示：图2 水箱给水设备系统结构图其中M1为给水泵机组，本设计中我用了继电器控制小电机的正反转来控制水位。LG、LDD分别为单片机程序模拟水箱内部水位上限、水位下限，当水位高（大于90%）时，LG闭合，当水位低（低于75%）时，LD闭合，当水位低（小于50%）时，LDD闭合。水箱的控制器由AT89S52系统构成。当水位过高或者过低时，有AT89S52单片机的27脚，也就是P26口输出低电平通过三极管8550打开蜂鸣器报警。蜂鸣器输出通过继电器，控制水泵机组的起停和报警，其电路图如下：图3 水箱控制器蜂鸣器报警电路小结：在这个方案中我使用了单片机处理，单片机技术是信息时
14、代用于精密测量的新技术。此系统使用过程中采用的12V稳压电路能够准确地把输入的电平送给单片机而不会产生误判,AT89S52单片机有四端口，40个引脚能够非常方便地设计显示系统。通过微机实现给水系统的自动控制与调节，维持稳定系统。本文采用AT89S52单片机为核心芯片的一种水位控制系统，具有较高的实用价值和优越性。第二章 系统各种控制器简介2.1 AT89S52单片机简介AT89S52为ATMEL生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统的可编程Flsah存储器。AT89S52低功耗高性能CMOS 8位单片机，片内8k Bytes ISP(In-system programma
15、ble)的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司之高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚的类似功能结构，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。单芯片上，拥有8 位CPU及在系统可编程FLASH，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效之解决方案。AT89S52之特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信
16、口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。AT89S52低电压高性能CMOS 8位单片机，片内8k bytes的可反复擦写的FLASH只读程序存储器及256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器及FLASH存储单元，功能强大之AT89S52单片机可为您提供许多较复杂系统控制之应用场合。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可按照常规方法进行编程，亦可在线
17、编程。其将通用之微处理器及Flash存储器结合，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效降低开发成本。AT89C52及AT89S52之别，在于C及S， C表示需用并行编程器下载（接线多且复杂），S表示可支持ISP下载，可在89S52系统板上面预留ISP下载接口，AT89S52引脚如图4所示： 图4 AT89S52引脚图在本系统中AT89S52单片机所运用到的引脚具体控制如下：1) 其中P0口8位漏极开路之双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。访问外部程序和数据存储器时，P0口亦被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上
18、拉电阻。在FLASH编程时，P0口亦用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需外部上拉电阻。P0.0: AT89S52单片机控制电机加水提示端口信号。P0.1: AT89S52单片机控制电机抽水提示端口信号。P0.2: AT89S52单片机控制电机停止提示端口信号。2) P1口和P3口为输入输出水位检测信号和控制信号。P1.0P1.7:P1口8位准双向I/O口，占18脚；P3.0P3.7:P3口8位准双向I/O口，占1017脚；当水位处于低水位的时候，单片机模拟控制的水位控制端口被+12 V的电源导通进入稳压电路经过处理在稳压电路的输出端有一个高电平，送入单片机的P1.0口，
19、另一个稳压电路输出的高电平进入单片机的P1.1口单片机经过分析，在P1.2口输出一低电平，驱动单片机加水信号，P1.5出来一个信号使继电器得电导通，这样继电器闭合，使水泵加水；当水位处于正常范围内时，水泵加水，在P1.3引脚出来一个低电平驱动单片机稳定水位信号；当水位在高水位区时，单片机模拟传感器的两个端口均被导通，均被+12V的电源导通，送入单片机，单片机经过分析，在P1.4引脚出来一个低电平，驱动单片机放水信号，在P1.5端出来一个低电平不能使继电器得电导通，这样继电器不能闭合，水泵不能加水。P1口有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1
20、端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入口用。作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻，将输出电流（IIL）。此外，P1.0及P1.2分别作定时器/计数器2之外部计数输入（P1.0/T2）及时器/计数器2之触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程及校验时，P1口接收低8位地址字节。P1.0：T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出。在本设计中用于M1正转启动KM1控制输出信号。P1.1：T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触
21、发信号和方向控制）。在本设计中用于M1反转启动KM1控制输出信号。P1.2：加水过程中的M1开关状态输入信号。（开0，关1）P1.3：放水过程中的M1开关状态输入信号。（开0，关1）3) P3口有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可用作输入口。作输入用时，被外部拉低的引脚因内部电阻之原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）用，在FLASH编程及校验时，P3口亦接收些控制信号。此外，P3口亦接收些用于FLASH闪存编程及程序校验的控制信号。P3.0：RXD(串行输入口)，在
22、本设计中用于水位低时的输入信号。（低0 高1）P3.5：T1(定时/计数器1)，在本设计中用于水位低时的输入信号。（低0 高1）P3.2：INTO(外中断0)，在本设计中用于水位高时的输入信号。（高1，低0）P3.1：TXD(串行输出口)，在本设计中用于手动稳定水位时的输入信号。P3.3：INT1(外中断1)，在本设计中用于加水过程中的手动停止输入信号。P3.4: TO(定时/计数器0)，在本设计中用于放水过程中手动停止输入信号。4） RST复位输入。振荡器工作时，RST引脚有两个机器周期以上高电平将是单片机复位。：AT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至
23、高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S52便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。 5） 电源及其它的引脚的作用：VCC(40脚)：AT89S52电源正端输入，电源端+12V。GND(20脚)：接地端。VSS：电源地端。XTALl、XTAL2(1918脚)：时钟电路引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚端外接石英晶体和微调电容。当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只
24、石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。6） 其中的AT89S52主要功能如下：1. 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2. 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz） 3. 内部程序存储器（ROM）为8KB 4. 内部数据存储器（RAM）为256字节 5. 32个可编程I/O 口线 6. 8个中断向量源 7. 三个 16 位定时器/计数器 8. 三级加密程序存储器 9. 全双工UART串行通道路的输入 10. XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2 ADC0809集成芯片简介 ACDC0
25、809位8路A/D 转换集成芯片。可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为 100us 左右。ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图 5。 图5 ADC0809 引脚排列图 IN0IN7：模拟量输入通道信号单极性，电压范围0-5V，若信号过小还需进行放大。ADDA、ADDB、ADDC:地址线A为低位地址，C为高位地址。ALE：地址锁存允许信号。对应 ALE 上跳沿，A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号。START 上跳沿时，所有内部寄存器清“0”；START 下跳沿时，开始进行 A/D 转
26、换；在 A/D 转换期间，START 应保持低电平。本信号有时简写为 ST。D7D0：数据输出线。OE：输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。CLK：时钟信号。ADC 0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供。通常使用频率为 500kHz 的时钟信号。EOC：转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。VCC：5V 电源。VREF：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为5V
27、（VREF（）5V，VREF（=0V）。2.3 集成电路 74HC245简介74HC245 是一种三态输出的 8 总线收发驱动器，无锁存功能。图6 是 74HC245 的引脚图;图7是 74HC245 的功能表。它的 G 端和 DIR 端是控制端，当它的 G 端为低电平时，如果 DIR 为高电平，则 74HC245 将 A 端数据传送至 B 端；如果 DIR 为低电平，则 74HC245将 B 端数据传送至 A 端。在其他情况下不传送数据，并输出高阻态。图6 74HC245 的引脚图 图7 74HC245 的功能表2.4 集成电路 LM324简介LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双
28、列直插塑料封装，外形如图8所示。它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。11 脚接负电源，4 脚接正电源。图 8 LM324 电路符号与管脚图LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源15V15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为OVCC。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为
29、正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM124、LM224和LM324引脚功能及内部电路完全一致。LM124是军品；LM224为工业品；而LM324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点.因此他被非常广泛的应用在各种电路中。每一组运算放大器可用上图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端， “V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中
30、，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。2.5 .89S52驱动4位共阳极数码管 用AT89S52驱动4位共阳极数码管（2481BS ），数码管的段引脚接P1口，加100欧的限流电阻；数码管的位引脚由P2口的1-4脚通过8050三极管驱动，三极管基极接2.2k电阻。通过动态方式扫描显示，间隔1ms。P0口驱动共阳极数码管，不需要上拉电阻。只需要数码管阳极接电源正，P0.7 - P0.0接数码管的dp - a，就可以驱动。P0输出低电平点亮数码管。2481BS如图所示： 图9 2481BS数
31、码管 图10 2481BS数码管共阳极引脚图2.6关于水位控制过程中的负反馈系统的运用自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 在本设计模拟水箱的水位控制部分，采用了一套闭环负反馈控制系统。 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为
32、负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。其控制原理图如下。液位变送器+模拟液位量电动控制阀阀阀器液位_水箱液位扰动 图11 负反馈系统控制原理图这是单回路水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制。其中控制阀接受控制器输出的控制信号，通过改变阀的开度来达到控制流量的目的，并通过
33、液位变送器将对比于设定的液位值的偏差反馈给给定值。当设定值小于当前值时，电机正转，模拟电磁阀打开，系统进水；当设定值等于当前值时，系统结束；当设定值大于当前值时，电机反转，模拟电磁阀打开，系统放水。第三章 系统硬件设计 3.1 单片机最小系统电路设计 图12 AT89S52 单片机最小系统1、 要使单片机工作起来，最基本的电路的构成为注意：EA/VP(31脚)接+5V。2、电源电路：向单片机供电。单片机电源：AT89S52单片机的工作电压范围：4.0V5.5V， 所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚）：接电源+5V端VSS(20脚）：接电源地端。3、RST复位输入。振荡器
34、工作时，RST引脚有两个机器周期以上高电平将是单片机复位。复位电路用来确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。通常在单片机工作出现混乱或“死机”时，使用手动复位可实现单片机“重启”。4、时钟电路：单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。AT89S52单片机时钟频率范围：0 33MHz。3.2水位检测传感器的选用传感器是把一种物理量（或化学量、生物量）转换成另一种与之有确定对应关
35、系的物理量（通常是电量）的装置。它是测量系统中最重要的环节。在现代科技领域中，传感器得到了广泛应用，各种信息的采集离不了各种传感器，传感器的基本功能在于能感受外界的各种“刺激”并作出迅速反映。在本设计当中我们采用单片机程序模拟液位的采集信号，并通过单片机CPU的程序化控制后，需要输出模拟量去控制被控对象或用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号，与数字量有本质上的区别，模拟量信号需要放大、滤波、线性化、信号变换等一系列的电路处理，把检测到的模拟量电压、电流信息变换成0-5V的电压信号，通过A/V转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同样，单片机输出的数字量控制值，也往往要通过D/
36、A转换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的显示。3.3 7812/7912正负12V稳压电源的设计7812和7912三端稳压器是电子设备中常用的线性稳压集成电路，最大输出电流1.5A（需加散热器）。1）方案的总体思路如下：直流稳压电源一般由直流电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。基本框图如下：下面是用这两种稳压IC制作的正负稳压电源典型电路.图13 稳压电路的设计2）设计稳压电源的主要技术指标：1、输入交流电压 ：220V2、输出直流电压U0 ：正负12V3、最大输出电流 ：0.5A4、稳压系数 ： =0.05下面是用这两种稳压IC制作的正负稳压电源典型电路.图14 稳压电路原
37、理图 从电路中可以看到，7812/7912的输入输出端都接有电容，而且是一大一小，大容量电容是低频滤波作用，小容量电容是高频滤波用。需提醒的是输出端一般不要接过大容量电容，一般接几十微法的就可以了。否则有些电路中会出现关闭电源后，输出端电容向前级稳压IC放电的过程，这容易损坏稳压IC。如果电路需要，应在三端稳压器输入输出端跨接一保护二极管。它可以解决反向浪涌电流对稳压IC的冲击。这在一些实验电源中特别推荐加接以保护三端稳压器。 电源电路部分虽然简单，但需要功能可靠，所用采用两个三端集成稳压器7812、7912，可以方便的实现此功能，电路如图15所示。 图15 电源部分电路原理图3.4 液位检测
38、部分电路控制 图 16液位检测控制部分单片机原理图 图 17液位检测控制部分电路原理图3.5给水泵电机主控回路图19 给水电机主控回路图按下启动按钮，KM线圈得电，KM常开辅助触电自锁，电机运行;按下停止按钮，KM线圈失电，辅助触电复位，电机停止运行。第四章 软件设计部分4.1 核心单片机AT89S52的具体主要控制部分原理图图20 AT89S52 主控部分电路原理图P1口和P3口为输入输出检测信号和控制信号。下面是89S52芯片引脚具体分配：P3.0：水位低时的输入信号。（低0 高1）P3.5：水位低时的输入信号。（低0 高1）P3.2：水位高时的输入信号。（高1，低0）P3.1：手动稳定水
39、位时的输入信号。P3.3：加水过程中的手动停止输入信号。P3.4: 放水过程中手动停止输入信号。P1.0： M1正转启动KM1控制输出信号。P1.1： M1反转启动KM1控制输出信号。P1.2：加水过程中的M1开关状态输入信号。（开0，关1）P1.3：放水过程中的M1开关状态输入信号。（开0，关1）P0.0: AT89S52单片机控制电机加水提示端口信号。P0.1: AT89S52单片机控制电机抽水提示端口信号。P0.2: AT89S52单片机控制电机停止提示端口信号。当(P1)=#00H时，取P1.1=0 P1.2=0 P1.3=1 P1.4=1时水泵抽水；当(P1)=#01H时，取P1.1
40、=0 P1.3=0 P1.2=1 P1.4=1时水泵抽水；当(P1)=#02H时，取P1.1=1 P1.2、 P1.3、 P1.4同时变为0或1，水泵停止抽水；当(P1)=#03H时，取P1.1=1 P1.4=0 P1.3=1 P1.2=1时，水泵停止抽水。4.2 主程序框图的设计设定初始值，使水位达到设定值，单片机控制电磁阀的过程如下：图 21 主程序设计框图当设定值小于当前值时，电机正转，模拟电磁阀打开，系统进水；当设定值等于当前值时，系统结束；当设定值大于当前值时，电机反转，模拟电磁阀打开，系统放水。本设计采用AT89S52单片机作为系统控制器，利用模拟的液位信号的变化并通过A/D转换器
41、将该变化信号传给单片机，通过单片机的处理显示当前的液位和阀门的状态，并根据事先设定的液位上下限与当前的实际值之间的变化来控制电磁阀的开关，实现注水、放水，并且当水位超过上限值和下限值时开始报警；也可以将液位控制在设定的高度。结论本系统主要介绍了的水位检测控制，介绍了AT89S52单片机和其它一些单片机在水位控制系统中的应用，介绍了它们的引脚和在系统中的电路图，本设计还采用了多种传感器来对水位的信号采集，利用LED来进行信号的输出显示,我设计的硬件系统的结构简化,系统精度高，具有良好的人机交互功能,并设有水位报警和阀门失灵等故障报警，有问题立即就能发现。通过自动调节控制水位并实现的水位报警。水位
42、控制在设定值上正常运行不需要人工干预，操作人员劳动强度小。采用单片机设计出的工业水位控制器,能够针对水位的不同状态和不同外界条件进行控制,水位运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业水位方面作业的稳定运行。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好等优点,且系统硬、软件维护简单方便,尤其适用于工业控制现场,具有良好的应用前景。本系统所采用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机单片机技术对工业生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对水位进行的简易方便的操纵，可
43、以准确得控制水泵进行添加水或放水以适应工作的需要，可以产生巨大的经济效益。其次，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业以及其他方面的微机控制必将得到更加广泛的应用。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时
44、在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对单片机C语言掌握得不好通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。参考文献1 过程控制系统和应用 俞金寿 主编 机械工业出版社2 过程控制与自动化仪表 侯志林 主编 机械工业出版社 3 自动化仪表与过程控制 施仁 主编 电子工业出版社 4 单片机系统设计与实例分析 冯育长 主编 西安电子科技大学出版社5 AT89S52系列单片机及其应用 孙育才 主编 清华大学出版社致谢 在此毕业课题设计完成之际，向为此毕业设计倾注了大量心血吴家翀老师和同班级的同学表示深深地敬意和谢
45、意。指导老师吴家翀在此课题的研究方向、收集资料、设计过程中倾注了悉心的指导和尽心所能的帮助，他的那严谨的治学态度和宽广的胸怀使我受益匪浅，在此特表示诚挚地感谢。在同班级的同学帮我一同研究课题，查阅资料，给我提出很多宝贵意见，在遇到难题灰心的时候给我了很到的鼓励，在此也为我们一起学习的同学表示诚挚地感谢。在本课题的研究过程中，也得到了院系的大力支持和同学的大力指导与热情帮助，其中的220V转12V的交流变压器就是在电子装配老师的指导下完成的。在此向实验室的各位老师表示由衷的谢意。最后，再次向所有关心和帮助我的老师、同学表达真诚的谢意。附录1.C语言程序设计：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit Trig=P10;sbit Echo=P32; 定义P1.0和P3.2端口sbit lcden=P04; 定义P0.4端口sbit lcdrs=P01;sbit alertl=P11;/ 检查是否在最低水位的下限，低水位报警 sbit alertm=P17;
